Правнучатая племянница жены А.С. Пушкина Н.Н. Гончаровой. Училась в МУЖВЗ в скульптурном классе у С.М. Волнухина и П.П. Трубецкого, в живописной мастерской у К.А. Коровина, награждена малой серебряной медалью (1904). Участница выставок МУЖВЗ, Московского литературного кружка, МТХ, «Мира искусства», «Союза молодежи», «Синего всадника», выставок «Звено», «Буря», «Стефанос», парижского Осеннего салона и Салонов В.А. Издебского, салонов журнала «Золотое руно». Одна из ключевых фигур русского футуризма; состояла в браке с Михаилом Фёдоровичем Ларионовым, вместе с ним разработала программу лучизма, соорганизатор выставок «Бубновый валет» (1910–1911), «Ослиный хвост» (1912), «Мишень» (1913), «№ 4. Футуристы, лучисты, примитив» (1914). В середине 1900-х – начале 1910-х стремилась синтезировать образность лубка, вывески, иконы с разработками в беспредметном искусстве. В 1908–1911 преподавала в Студии живописи и рисунка И.И. Машкова. После 1915 вместе с М.Ф. Ларионовым покинула Россию по приглашению С.П. Дягилева, став сценографом Русских сезонов; в 1915–1918 жила в Швейцарии, Италии, Испании, Франции, с 1919 поселилась в Париже. В 1930–1940-х исполнила эскизы декораций и костюмов для ряда театров Европы и Америки. Много работала в живописи и печатной графике, возродила жанр пошуара; участница выставок Салона независимых и Тюильри, выставок русского искусства за рубежом, Международных выставок в Риме (1923), Дрездене (1926), Бордо (1927). Работы хранятся в ГТГ, ГРМ, ГЦТМ им. А.А. Бахрушина, Центре Жоржа Помпиду (Париж) и др.